CN205860742U - 一种真空干燥连续生产线温度精淮的预热舱室 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空干燥连续生产线温度精准的预热舱室，通过改造现有的预热舱室，在现有预热舱室两侧的风道隔板内侧平行间隔设置遍布导流孔的导流板，从而在预热舱室的一侧形成等温、在预热舱室的两侧间平行分层流动的热气流，减少了热气流上下自然扩散的距离，有利于上下均热，从而有利于预热舱室内温度的精确控制。

Description

一种真空干燥连续生产线温度精淮的预热舱室

技术领域

本实用新型涉及真空干燥技术领域，具体涉及一种真空干燥连续生产线的预热舱室。

背景技术

真空干燥连续生产线是新能源制造领域的关键设备之一，如手机锂电池、电动汽车锂电池以及超级电容等的制备，都要有真空干燥环节，主要因为电池制程中，在灌注电池液料前，必须排除电池壳体内部件所吸附的水分和湿气，因为残留水分和湿气将使电池电特性劣化甚至失效。由于电池材料耐热温度较低，所以不能用过高烘干温度，又由于半成品电池只留有较细的排气封装孔，故内部构件干燥除湿较为困难，所以需要长时间低温烘干。

早期采用两个单功能干燥箱进行先后的烘干作业，半成品电池先在大气压下的预热干燥箱中进行预热干燥，然后转移到第二个真空干燥功能箱(简称为真空干燥箱)，该真空干燥箱前门是经预热的半成品电池的进入门，后门与干燥房相连，真空干燥完成后的半成品电池从真空干燥箱的后门出来后进入干燥房内冷却，然后再推进灌注室灌液。这种干燥流程需要许多独立的预热干燥箱和真空干燥箱，还需要雇用大量的操作工，生产成本较高。

近期开发出用于锂电池的真空干燥连续生产线，一般分四个功能段：一是预热段，二是真空干燥段，三是冷却段，四是回流炉，根据电池工件干燥排湿的效果和连续输送的速度，设定各段的舱室数目。预热段是在常压下进行，烘干温度必须低于电池材料的耐受温度，真空干燥段抽真空以便更有效地排除湿气，待工件彻底烘干后转入冷却段，吹风冷却。工件冷却后，打开冷却舱连接干燥房的后舱门，移出工件运送到干燥房內，卸下工件，随后工件运送车横移到回流舱对接口。回流舱内经抽真空并充入干燥氮气，具有接近干燥房的环境条件，打开回流舱对接舱门，把运送车推入回流舱，再打开回流舱连通大气的另一舱门，让运送车移入暴露大气中的运输轨道，返回连续生产线的首端，如 此完成一个生产周期。真空干燥连续生产线把多个干燥工序集成在一起，提高了设备的生产效率，可大幅度减少单箱式的设备的数量，更重要的是可减少大量操作工人，节约生产成本。

但无论是单功能箱还是连续生产线，在常压下预热是第一工序，预热工序费时最多，效率较低。以手机锂电池连续干燥线为例，由于舱室较大，如900mmx950mmx110mm，电池材料温升不能超过110度，预热作业如下：电池件较细小，密排分装在周转盒内，多个周转盒排成一层，且多层叠装起来，满舱共有上万只电池一起进行烘干作业。预热段是以热气流对流传热与电池接触通过热交换使其升温，气流在发热体处被加热，然后流至舱内工件处，再把热量传递给电池工件，交换过热量的气流再返回发热体处进行再次加热，气流不断流动循环。舱室内温度场必须均匀才能使电池受热均匀，保证电池排湿一致，若舱室内温度不均匀，只能按最低温度处的排湿能力来计算全舱的排湿时长，故舱内均热是非常关键的。

现有技术预热舱室温控一般在95度+/-10度。现有的连续生产线由于均热措施不理想，温差达20度或更多，控温点取95度时，舱内最高温度可达105度，接近110度的极限值，而最低温度可能只有85度，电池的烘烤时长实际上是由最低温度决定，85度下电池需18小时才能完全达到预热烘干工序的要求。

所以提高真空干燥连续生产线的生产效率，缩短电池的预热时间是当务之急。要提高烘干效率，提高烘干温度是有效途径，分析现有技术的不足，主要在于舱室內温度场温度差过大，不敢贸然提高烘干温度，以防超过电池材料的耐受温度，所以只好选择95度为控温点，从而只能按85度来计算电池的烘干时间，直接导致了烘干效率低下的问题。

若缩小预热舱室区的温差，比如温差降到+/-3度，则舱室区的最低温度就会为92度，即可按92度计算电池的烘干时间，可大大缩短电池的预计烘干时间，若同时在确保舱室内均热前提下，适当提高烘干的控温点，比如提至102度，更接近但又不超过电池材料的耐受温度极限，此时，最高温区仍为105 度，一样留有5度的余量，而最低温区则99度，这样即可更有效地缩短干燥时间，提高烘干效率。

分析现有预热舱室的热气流循环路径是这样的：在舱室的前后部为工件进入和送出舱口，舱的两侧壁密排发热管，发热管的内侧是风道隔板，风道隔板下方设有热气流出入通道，气流从右侧壁上方进入，流经密排的发热管被加热，从右侧风道隔板下方的热气流出入通道进入流向舱室内并扩散，热气流流过堆叠起来的电池半成品表面进行热交换，使电池半成品升温，将电池半成品內腔的湿气通过其上的预留小孔排出，经过热交换的气流连同所挟带着的湿气，汇集于左侧风道隔板下方的热气流出入通道，然后再流经左侧密排的发热管上升，再次被加热，然后由两个装在舱室顶部的涡轮风机抽离，并驱赶至右侧舱壁上方，完成一个热气流循环。

实践证明现有这种热气流热气流方式，舱内温度只能控制在95+/-10度。热气流从舱室右侧下方进入，再汇集到舱室左侧下方流回，舱室內又堆满了工件，热气体靠自然扩散使舱室內部工件加热，温度分布的不均匀性较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种舱室内温度分布更加均匀，有利于使舱室内温度控制更加精确的预热舱室。

本实用新型通过如下技术方案解决其技术问题：一种真空干燥连续生产线温度精准的预热舱室，所述预热舱室包括干燥舱外壳，所述干燥舱外壳由左右侧板、底板和顶板围合而成，所述干燥舱外壳的前后部为工件进入和送出舱口，左右侧板内侧分别密排发热管，发热管内侧设有风道隔板，左侧的风道隔板与左侧板之间形成左气流通道，左侧板上的发热管安装在所述左气流通道内，右侧的风道隔板与右侧板之间形成右气流通道，右侧板上的发热管安装在所述右气流通道内，所述干燥舱外壳顶部还设有上气流通道，所述上气流通道与所述左、右气流通道连通，左、右侧的风道隔板的下方都设有热气流出入通道，左、右气流通道分别通过左、右侧的风道隔板下方的热气流出入通道与所述干燥舱外壳的内腔连通；

其特征在于，左、右侧的风道隔板的内侧还分别平衡间隔的设置有导流板，所述导流板全面覆盖其所在位置干燥舱外壳内腔的纵截面，所述导流板遍布着导流孔，所述左、右气流通道通过所述导流孔与所述干燥舱外壳的内腔连通。

作为本实用新型的改进：每个导流孔处还配合安装有一个用于调节该导流孔进出气面积的遮挡板。

作为本实用新型的改进，所述导流孔外围还设有用于标记所述遮挡板位置的刻度线。

假如本实用新型的热气流循环方向同现有技术中预热舱室一致，都是顺时针循环，本实用新型的技术方案是：让舱室右侧上方进入的气流流过密排的发热管加热后，从该侧风道隔板下方的热气流出入通道流入该侧风道隔板与导流板之间的间隙并上升，这时各高度处热气流的温度较一致，通过遮挡板调整各导流孔的出气面积，使等温的热气流从右侧导流板上各个导流孔向预热舱室的内腔喷出，几乎在各个高度都有等温的热气流喷向预热舱室内腔內的工件，预热舱室左侧的发热管、风道隔板与导流板与右侧对称，在舱顶的上气流通道内设置涡轮风机等气流驱动装置后，在这些装置的驱动下，造成左气流通道上部负压，使舱室内热交换后的气流通过左侧导流板上的导流孔分层流入左侧风道隔板与导流板之间的间隙。从上面过程可以看到，本实用新型热气流由右至左平行流动，减少了热气流上下自然扩散的距离，有利于上下均热。

另外，本实用新型可通过左、右侧导流板上的遮挡板调节各导流孔的出气面积，以控制各位置处热气流的流动速度，以便调节上下各层各位置的热交换速度，进一步有利于舱室左右侧的均热。

作为本实用新型的优选实施方式：所述干燥舱外壳左右侧板的中部都设有侧立门板，所述侧立门板通过门铰链安装在其外围的侧板上，各所述侧板内侧的加热管都分成三组，一组安装于侧立门板上，另外两组分装在侧立门板两侧的侧板上，安装于侧立门板上的加热管的引出接线端从其所在侧立门板的上部横向引出，位于侧立门板两侧的侧板上的加热管的引出接线端竖直向上从所述干燥舱外壳的顶板上引出，对应于三组加热管，所述风道隔板和所述导流板在 所述干燥舱外壳的前后方向上都分成三段，所述风道隔板和所述导流板都由三段分板拼接而成。该设计主要是考虑到预热舱室的维修和导流板上遮挡板的调节方便。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：1)本实用新型通过双通道的设计，即风道隔板内外侧通道的设计，可形成等温的热气流，并通过导流板上遍布导流孔的设计，使热气流分层流出和流入预热舱室的内腔，本实用新型使热气流平行流动，减少了热气流上下自然扩散的距离，有利于上下均热，从而有利于预热舱室内温度的精确控制；

2)本实用新型通过在导流孔上设置遮挡板，可方便调节各导流孔的进出气面积，从而控制各位置处的气流速度，达到调整各层各位置的热交换速度的目的，有利于舱室的左右均热，从而进一步利于预热舱室内温度的精确控制；

3)现有技术中预热舱室温度场为95+/_10度，本实用新型由于温度分布更加均匀，温度场可改进为95+/-3度，大大提高了预热舱室的均热效果；现有技术95+/-10预热干燥锂电池需要18小时，由于本实用新型可精确控温，温度场可达95+/-3度，干燥锂电池可缩短至3小时，显著提高了生产效率，降低了生产成本。

4)同样由于本实用新型控温精确，本实用新型预热舱室的控温点可提升至如102度，此时预热舱室内的温度场为102+/-3度，仍然满足不超过105度高限要求，但采用此控温点，可进一步缩短电池的干燥时间，从而进一步提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的预热舱室的立面结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例的预热舱室的俯视剖视示意图；

图3为本实用新型具体实施例的预热舱室的正面剖视示意图；

图4为本实用新型具体实施例的预热舱室的导流板的结构示意图；

图5为图3中I位置的放大图；

图6为图3中II位置的放大图；

图7为图2中III位置的放大图。

附图标记：1干燥舱外壳；2门铰链；3侧立门板；4测量口；5电机座；6电机；7、8导流板；9、10铠装加热器；11顶导流板；12导流孔；12-1遮挡板；13加热器防护罩；14星型把手；15加热器密封圈；16加热器螺母；17加热器防护罩；18离心风轮；19垫圈；20磁流体密封安装板；21磁流体动密封组件；22联轴器；23、23-1、23-2风道隔板。

具体实施方式

本实用新型预热舱室主要包括预热舱室箱体组件、加热器组件、导流组件和气流驱动组件。

预热舱室箱体组件如图1所示，包括方形的干燥舱外壳1，干燥舱外壳1由左右两侧板、底板和顶板围合而成，干燥舱外壳1前、后部为设有法兰连接结构的工件进入和送出舱口。干燥舱外壳1左右两侧板中部为侧立门板3，侧立门板3通过门铰链2安装在其外围的侧板上。侧立门板3两侧的侧板上还分别开有一个测量口4，可通过插入测温探头进行测温。

如图2、3所示，本实施例中加热器组件包括6组铠装加热器9、10，左右侧板上分别装三组，加热器组件还包括加热器引出接线端。侧立门板3内壁上置有一组铠装加热器9，其接线引出端从侧立门板3的上部位置横向引出，侧立门板3左右侧的侧板上各装有一组铠装加热器10，其引出接线端从靠近相应侧板的顶板缘边处竖向引出，如图3、5所示。

导流组件包括风道隔板和导流板。风道隔板贴着铠装加热器9、10设置在铠装加热器9、10的内侧，且每组铠装加热器9、10内侧都设置一块风道隔板23，如图2所示，每块风道隔板23的内侧都平行间隔设有一块导流板，即本实用新型的预热舱室的左、右侧壁在前后方向上分成了三段，侧立门板3上的铠装加热器9内侧为风道隔板23-1，风道隔板23-1内侧为导流板8，侧立门板3 两侧的侧板上的铠装加热器10内侧为风道隔板23-2，风道隔板23-2内侧为导流板7，各风道隔板与其内侧的导流板之间形成三段独立的间隙，如图2所示。每段风道隔板23-1、23-2的下方都设有热气流出入通道，如图4所示。

图4显示了导流板的结构，三段导流板7、8的结构相似，板面上纵横等距排列有多个导流孔12，每个导流孔12外侧都配有可转动的遮挡板12-1(导流板8上已画出了导流孔12，但末画出遮挡板12-1，导流板7上画出了遮挡板12-1，而导流孔12则被它挡住)。导流孔12旁边、沿遮挡板12-1的转动轨跡还刻有用于指示其转动角度的转动角度标记。图4中，最下方倒数第二条横剖面线即为干燥舱外壳1的底板，最下方的第一条横直线是底板下方加强筋的投影线。导流板7、8竖向设置延伸至底板，从图4中看，在靠近底板处有三个拱形的窗口，这是由干燥舱外壳1内腔伸出的三条横穿舱室的传动轴的开口，传动轴托着运送车作输送运动，三个拱形的窗口都在运送车车板下方，亦即在被加热工件的下方。

调整遮挡板12-1的转动角度，可调节导流孔12的进出气面积，从而控制风量。这种多层的出风口设计，以及各位置出风量的可控结构，有利于使舱室内的温度分布更加均匀。

由图4还可以看到，干燥舱外壳1顶板内侧还设置有顶导流板，它把舱内气流分隔开，让左、右两侧的气流通道通过顶导流板与顶板之间的上气流通道连通。

气流驱动组件包括两个电机座和两台电机，还包括离心风轮和联接轴等。两台电机6分别通过一个电机座5前后并排的固定在干燥舱外壳1的顶板上。电机6通过联轴器22连接离心风轮18，电机6转动带动离心风轮18转动，驱动气流循环。

从图3可以看到本实施例预热舱室的气流的流动路线，离心风轮18拨动气流从顶部进入右侧舱壁的铠装加热器组件与风道隔板之间的夹缝区即右气流通道，从上向下边流动边被加热，受热气流从右侧风道隔板下方的热气流出入通道流入右侧风道隔板与右侧导流板之间的间隙，再从各个已调节好遮挡板角度的导流孔喷向舱室内，热气流在舱室内与工件热交换后，通过左侧导流板上各 个已调节好出气面积的导流孔、进入左侧导流板与左侧风道隔板之间的间隙，然后从左侧风道隔板下方的热气流出入通道进入左侧铠装加热器组件与左侧风道隔板之间的夹缝区即左气流通道，由于舱顶的离心风轮造成左气流通道上部负压，气流由下向上流动再次被加热，左侧受热气流上升进入上气流通道，受到挡板限制，气流进入离心风轮工作区被拨动流向右侧上方，完成一个流动循环。

图5、6、7为预热舱室一些关键部位的局部结构示意图。

图5为图3中I部位的局部放大图，它表明舱室右侧壁上端与顶导流板连接部分的连接结构。

侧立门板3左右侧的侧板上安装的铠装加热器10的引出接线端从靠近相应侧板的干燥舱外壳1的顶板的缘边处竖向引出，通过螺母固定在顶板上，加热器防护罩13罩于该引出接线端上方以保护该引出接线端。14为星型把手，旋动星形把手14可压紧或松开加热器防护罩13。11为顶导流板，它限制气流的流动路线，图示斜板是限制气流不能直通右侧壁，必须绕进离心风轮工作区受离心风轮18驱动。侧立门板3内壁上安装的铠装加热器9的引出接线端从侧立门板3的上部位置横向引出，16是加热器螺母，用来压紧加热器密封圈15，以便把该引出接线端密封固定在侧立门板3外侧，17为加热器防护罩，其罩在该引出接线端前方，用来保护该引出接线端。

图6为图3中II部位的局部放大图，它表明舱室顶部离心风机组件的结构。干燥舱外壳1顶板上形成有一个开孔，以便放入离心风轮18。20为磁流体密封安装板，它与顶板上的所述开孔边缘密封固定。21是磁流体动密封组件，它密封固定在磁流体密封安装板20中部的安装孔中，5为电机座，它呈筒状结构，一端固定在磁流体密封安装板20上，磁流体动密封组件21位于其内侧中部。电机座5上端法兰固连电机支架和电机6，电机6的转轴伸入电机座5内，通过联轴器22和磁流体动密封组件21的上端轴连接，磁流体动密封组件21的下端轴通过垫圈19和螺钉与离心风轮18固连。

图7是图2中III部位的局部放大图，主要用于表明侧立门板和其外围侧板的连接结构。侧立门板3通过门铰链2铰接在侧立门板3外围的侧板上，具 体为：侧立门板3固连在门铰链2的活动臂上，侧立门板3可随门铰链2开合。7为与侧立门板3两侧侧板上铠装加热器10对应的导流板，8为与侧立门板3上铠装加热器9对应的导流板，导流板7、8均呈槽状结构，竖向设置，槽口对着风道隔板23与风道隔板23接触，从而形成三段独立的间隙。导流板7、8上的遮挡板12-1均通过螺栓轴安装在导流板7、8上，选定角度后可用蝴蝶螺母固定保持角度。

以手机锂电池在真空干燥连续生产线的常压预热舱室的预热干燥过程为例，具体讲述本实用新型预热舱室的工作过程。

(1)预热舱室预热精确温度场的模拟调试：在正式运行前，首先对预热舱室进行预热精确温度场的模拟调试，第一步凭以往积累的经验，调节左右两侧的导流板上的遮挡板的角度从而调整导流孔的进出气面积，控制各层不同位置的热气流流动的风量和速度，以调节各工位受热量和各处工件升温尽量均匀一致。记录下各位置遮挡板转动角度的刻度数据，供后继试验分析调整。然后在舱室内按正常生产情况满载工件，通过测温孔向舱内引入多组测温热电偶，热电偶测温点一般分上中下三层，每层按左中右、前中后位置均布15个，共45个测温点，热电偶组外连巡迴测温仪器，以舱室中心点为监控标准点。关闭舱门作模拟预热升温试验。按预置功率开启6组铠装加热器，记录各测温点升温的数据，以舱室中心点达95度作恒温控制点，保温30分钟，同时记录各测温点实际温度及其波动变化，完成一次模拟试验。然后分析温度场数据，作必要的调整。调整方法一是分别调整6组铠装加热器功率，二是调节相应位置对应左右侧导流孔上的遮挡板的角度。若某位置温度偏高，则调小右侧导流孔开口或调大左侧导流孔开口；若某位置温度偏低，则作相反调整：再进行第二次模拟预热试验，获得调整后的温度场数据。再分析数据，再作精细调整，直至舱室满足95+/-3度为止，完成模拟试验。

(2)预热运行实例：首先开舱室前舱门，把已装盘并堆叠起来的手机锂电池半成品、通过处于下方的输运系统送入第一舱室，关闭前舱门，开始对舱室抽真空至1000Pa，目的是排除氧气，防止随后加热引起氧化，同时抽走部分湿气，过程约5--10分钟；随后停止抽真空，充入氮气至常压，开始让加热组件 升温，在加热同时启动电机带动离心风轮转动，驱动氮气流循环，气流的流动路线是这样：离心风轮拨动气流从上气流通道进入右气流通道，从上向下边流动边被加热，受热气流从右侧风道隔板下方的热气流出入通道流入右侧风道隔板与右侧导流板之间的间隙，再由各个已调节好遮挡板角度的导流孔喷向舱室内，热气流在舱室内与工件热交换后，通过左侧导流板上各个已调节好进出气面积的导流孔进入左侧导流板与风道隔板之间的间隙，然后从左侧风道隔板下方的热气流出入通道进入左气流通道，由于舱顶的离心风轮造成左气流通道上部负压，气流由下向上流动再次被加热，左侧受热气流上升进入上气流通道，受到挡板限制，气流进入离心风轮工作区被拨动流向右气流通道上方，完成一个流动循环。控制氮气流温度升至95度+/_3度，并保持恒温，直至到达第一舱室规定的运行时长。

本连续生产线节拍为30分钟，常压预热舱共7个。第一舱室预热时间到达后，停止加热，随即打开第一舱室后舱门，处于第一舱室的工件自动输送转移至第二舱室继续预热，第一舱室完成一个节拍的加热制程。笫二舱室此时刚完成原处于该舱内工件加热、并同时正将工件输送至下一舱室，第二舱室正处于95+/-3度氮气流循环工作状态。

Claims (4)

1.一种真空干燥连续生产线温度精准的预热舱室，所述预热舱室包括干燥舱外壳，所述干燥舱外壳由左右侧板、底板和顶板围合而成，所述干燥舱外壳的前后部为工件进入和送出舱口，左右侧板上分别密排发热管，发热管内侧设有风道隔板，左侧的风道隔板与左侧板之间形成左气流通道，左侧板上的发热管安装在所述左气流通道内，右侧的风道隔板与右侧板之间形成右气流通道，右侧板上的发热管安装在所述右气流通道内，所述干燥舱外壳顶部还设有上气流通道，所述上气流通道与所述左、右气流通道连通，左、右侧的风道隔板的下方都设有热气流出入通道，左、右气流通道分别通过左、右侧的风道隔板下方的热气流出入通道与所述干燥舱外壳的内腔连通；

其特征在于，左、右侧的风道隔板的内侧还分别平衡间隔的设置有导流板，所述导流板全面覆盖其所在位置干燥舱外壳内腔的纵截面，所述导流板遍布着导流孔，所述左、右气流通道通过所述导流孔与所述干燥舱外壳的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的预热舱室，其特征在于，每个导流孔处还配合安装有一个用于调节该导流孔进出气面积的遮挡板。

3.根据权利要求2所述的预热舱室，其特征在于，所述导流孔外围还设有用于标记所述遮挡板位置的刻度线。

4.根据权利要求3所述的预热舱室，其特征在于，所述干燥舱外壳左右侧板的中部都设有侧立门板，所述侧立门板通过门铰链安装在其外围的侧板上，各所述侧板上的加热管都分成三组，一组安装于侧立门板上，另外两组分装在侧立门板两侧的侧板上，安装于侧立门板上的加热管的引出接线端从其所在侧立门板的上部横向引出，位于侧立门板两侧的侧板上的加热管的引出接线端竖直向上从所述干燥舱外壳的顶板上引出，对应于三组加热管，所述风道隔板和所述导流板在所述干燥舱外壳的前后方向上都分成三段，所述风道隔板和所述导流板都由三段分板拼接而成。